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    公开号:WO1991004474A1
    申请号:PCT/JP1990/001177
    申请日:1990-09-13
    公开日:1991-04-04
    发明作者:Akiyoshi Hanazawa
    申请人:Kubota Corporation；
    IPC主号:G01L3-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 発明の名称
    [0003] ト 几 ク 測定装置のための温度補償装置
    [0004] 技術分野
    [0005] 本発明は、 ト ル ク 測定装置のための温度補償装置に関す 。
    [0006] 背景技術
    [0007] 公知の ト 儿 ク 測定装置 と して、 ト 儿 ク 伝達軸の外周 に一 対の磁気異方性部を形成 し、 こ の軸に ト ル ク が印加 さ れた と き の各磁気異方性部の透磁率の変化を、 こ れ ら磁気異方 性部の近傍に配置さ れた一対の検出 コ ィ ルで検出 し、 両検 出信号の差か ら、 軸に作用する ト ル ク の大き さ を電気信号 に変換する よ う に した も のであ っ て、 前記検出 コ イ ルを励 磁する ための励磁コ イ ル を有 した も のが、 た とえば 日 本国 特許出願公開第 1 - 1 73843号において提案 さ れてい る。
    [0008] こ の種の ト ル ク 測定装置では、 磁気異方性部が形成さ れ た軸部分や検出 コ イ ル や励磁コ イ ルな どを備えた ト ル ク 検 出部に温度変化が生 じ る と、 その磁気特性や電気特性が変 化 し、 励磁コ イ ルの イ ン ピー ダ ン スが変化 してその励磁電 流が変化する。 こ の結果 ト ル ク 検出精度に変動が生 じ、 た とえば零点出力 の変化、 感度変化、 ヒ ステ リ シ ス増大な ど が起こ る。 こ のため、 産業機械、 モー タ、 エ ン ジ ン 、 自動 車な ど、 運転時に比較的高温にな る装置の ト ル ク を測定す る際に問題 と な る。
    [0009] そ こ で上記 1 一 1 73843号では、 励磁電流の変化 と温度変 化 と に相関があ る こ と に着 目 し、 検出 コ イ ルの出力信号の 電圧の和、 すなわち両信号の平均値の 2 倍の値を一定にす る 定電圧制御に よ り 励磁電流を制御 して、 こ の よ う な事態 の発生を防止 して い o。
    [0010] し力、 し、 単に こ の よ う な定電圧制御を行な つ ただけでは 特に温度変化が大き い場合な どにおいては、 ト ル ク 検出精 度の変動を防止する う えで十分でない とい う 問題点があ る 発明の開示
    [0011] 本発明の 目 的は、 ト ル ク 検出部の温度が大き く 変化する 場合であ っ て も 、 その検出精度を維持でき る よ う にする こ と にあ る。
    [0012] こ の 目 的を達成する ため本発明の ト ル ク 測定装置のため の温度補償装置は、
    [0013] 励磁コ ィ ルの励磁電流を検出する こ と に よ っ て ト ル ク検 出部の温度を検出する手段 と、
    [0014] こ の温度検出手段に よ る検出結果に も とづいて前記 ト ル ク の大き さ についての電気信号を温度補償する手段 と を有 する。
    [0015] こ の よ う な構成では、 励磁電流は軸に印加 さ れる ト ル ク には反応せず、 ト ル ク 検出部の温度のみに反応する。 こ の ため、 励磁電流を検出すれば、 印加 ト ル ク の状態 と は独立 して ト ノレ ク 検出部の温度を検出でき る。 こ の温度の検出結 果に も とづいて ト ル ク 信号を温度補償する こ とか ら、 温度 変化に と も な う 検出誤差の発生を確実に防止する こ とがで き 、 高温下で も正確に ト ル ク を測定する こ とか可能にな る 図面の簡単な説明
    [0016] 第 1 図は本発明の第一の実施例の 卜 儿 ク 測定装置のため の温度補償装置の回路図、
    [0017] 第 2 図〜第 8 図は第 1 図の回路の動作を説明する ための 図、
    [0018] 第 9 図お よ び第 1 0図は常温時お よ び高温時における ト ル ク 検出出力の実測値を示す図、
    [0019] 第 1 1図〜第 1 4図は本発明の第二〜第五の実施例の ト ル ク 測定装置のための温度補償装置の回路図、 そ して
    [0020] 第 1 5図お よ び第 1 6図は本発明に も とづ く 温度補償装置を 差動 ト ラ ン ス へ応用 した例の回路図であ る。
    [0021] 発明を実施する ための最良の形態
    [0022] 第 1 図は本発明の第一の実施例を示す。 1 は ト ル ク 伝達 用の軸であ り 、 軟磁性お よ び磁歪性を有する材料にて形成 さ れている。 軸 1 の外周 には、 こ の軸 1 の軸心の方向 と 土 約 ·1 5度の角度をな して互いに反対方向に傾斜する磁気異方 性部 2 , 3 が、 多数の溝な どに よ っ て形成さ れてし、る。 磁 気異方性部 2 ， 3 の周囲には、 各磁気異方性部 2 ， 3 に対 応 した検出 コ イ ル 4 ， 5 と、 こ れ ら検出 コ ィ ノレ 4 ， 5 を励 磁する ための励磁コ イ ル 6 とが設け られている。 励磁コ ィ ル 6 は交流電源 7 に接続さ れ、 こ の交流電源 7 と励磁コ ィ ル 6 と の間に は、 オー ト ゲ イ ン コ ン ト ロ ー ラ 8 と励磁電流 の検出抵抗 9 とが設け られている。 検出抵抗 9 の両端には それぞれ整流 フ ィ ル タ 1 0， 1 1が接続さ れ、 こ れ ら整流フ ィ 儿 夕 1 0， 1 1は差動検出器 1 2の人力側に接続さ れている。 差 動検出器 1 2は、 両整流フ ィ ル タ 1 0， 1 1か らの信号の差を と る こ と に よ っ て、 励磁コ イ ル 6 に流れ る励磁電流 I e Xを検 出する。
    [0023] 各検出 コ ィ ノレ 4 , 5 力ヽ ら の出力 ラ イ ン 1 3， Uは、 整流フ イ ノし 夕 1 5 , 1 6の入力側にそれぞれ接続さ れ、 ま た こ れ ら整 流フ ィ ル タ 1 5 , 1 6の出力側は、 減算のための演算器 1 7の入 力側に接続さ れてい る。 演算器 1 7の出力側は、 オー ト ゲイ ン コ ン ト ロ ー ラ 1 8、 加算のための演算器 1 9、 お よ び V / I 変換器 20を介 して、 出力端子 2 1に導かれてい る。 22は、 負 荷抵抗であ る。
    [0024] ' 差動検出器 1 2の出力側は比較器 23の一方の入力側に接続 さ れ、 こ の比較器 23の他方の入力側には定電圧発生器 24が 接続さ れている。 比較器 23の出力側は、 オー ト ゲイ ン コ ン ト ロ 一 ラ 1 8の増幅率を調節する ために こ のォ一 卜 ゲイ ン コ ン ト ロ 一 ラ 1 8に接続さ れる と と も に、 演算器 1 9の入力側に も接続さ れている。
    [0025] 整流フ ィ 儿 夕 1 5， 1 6の出力側は、 加算のための演算器 25 の入力側に も接続さ れている。 演算器 25の出力側は比較器 2 6の一方の入力側に接続さ れ、 こ の比較器 2 6の他方の入力 側には定電圧発生器 24が接続さ れている。 比較器 26の出力 側は、 ォ一 ト ゲイ ン コ ン ト ロ 一 ラ 8 の増幅率を調整する た め に、 こ のォ 一 ト ゲ イ ン コ ン ト ロ 一 ラ 8 に接続さ れてい る こ の よ う な構成に よれば、 軸 1 に作用する ト ル ク に も と づ く 各磁気異方性部 2 , 3 での透磁率の変化が、 検出 コ ィ ル 4 , 5 にて検出 さ れる。 こ の と き 、 磁気異方性部 2 , 3 は互いに反対方向に傾斜 している ため、 一方の磁気異方性 部に引張力が働 く と、 他方には圧縮力か働 く 。 こ の ため、 た とえ ば一方の検出 コ イ ル 4 の検出電圧 V , 力、 ト ル ク の増 加に したが っ て増加する と、 他方の検出 コ イ ル 5 の検出電 圧 V 2 はそれに と も な っ て減少する。 そ こ で、 演算器 1 7に よ り 両検出電圧 V , ， V 2 の差 V , - V 2 を求め る と、 第 5 図に示すよ う に ト ル ク の変化に対応する信号か出力端 子 2 1に現れる。
    [0026] 演算器 25の出力側に現れる検出電圧の和 V , + V 2 の 値は、 比較器 26において定電圧発生器 24か らの基準電圧 V r e f と比較さ れる。 そ して、 比較器 26か らオー ト ゲ イ ン コ ン ト ロ 一 ラ 8 へ制御信号が送 られ、 ォー 卜 ゲ イ ン コ ン ト ロ ー ラ 8 の増幅率の調節に よ り 励磁コ ィ ル 6 の励磁電流 I e x を制御する こ とで、 上記和 V , + V 2 の値が一定値 とな る よ う に制御さ れる。 こ れに よ り 、 温度変化に よ る装置の 特性の変動が大 ま かに補償さ れる。
    [0027] 励磁電流 I e xが、 検出抵抗 9 、 整流フ ィ ル タ 1 0 , 1 1、 差 動検出器 1 2に よ っ て検知 さ れる。 本 ト ル ク 測定装置の構成 では、 励磁電流 I e xは ト ル ク には反応せず、 ト ル ク 検出部 の温度のみに反応する。 こ のため、 、励磁電流 l e xを検出す れば、 軸 1 に印加 さ れ る 卜 ル ク の状態 と は独立 して、 ト ル ク 検出部の温度が検出 さ れ る。 こ の温度の検出結果に応 じ、 差動検出器 1 2か ら温度補償基準電圧 V t が出力 さ れ る。 こ の電圧 V t は、 比較器 23において定電圧発生器 24か らの基 準電圧 V r e f と比較さ れ、 それに応 じた ト ル ク 検出感度の . 補正用信号電圧 V sが比較器 23か ら出力 される。 高温下で は実際に軸 1 に印加 さ れている ト ル ク よ り も大き な値の検 出出力が現れ るが、 こ の補正用信号電圧 V sに よ っ てォ一 ト ゲイ ン コ ン ト ロ 一 ラ 1 8の増幅率が調整さ れ、 オー ト ゲイ ン コ ン ト ロ ー ラ 1 8か ら は温度に よ る感度変化を補償さ れた ト ル ク検出信号が出力 さ れ る。
    [0028] 第 2 図は、 ト ル ク検出部の温度が変化 した と き の励磁電 流 I e xの変化を示す。 温度の上昇に と も な っ て、 励磁電流 I e xは減少する。 第 3 図は、 励磁電流 I e xの変化に も とづ く 温度補償基準電圧 V t の変化、 すなわち ト ル ク検出部の 温度が変化 した と き の温度補償基準電圧 V t の変化を示す 温度の上昇に と も な っ て、 温度補償基準電圧 V t は減少す る。 第 4 図は、 温度補償基準電圧 V t とオー ト ゲイ ン コ ン ト ロ ー ラ 1 8の増幅率 と の関係を示す。 温度補償基準電圧 V t の減少すなわち温度の上昇に と もな って、 オー ト ゲ イ ン コ ン ト ロ 一 ラ 1 8の増幅率は低下する。
    [0029] 第 5 図は、 常温時の ト ル ク と 出力電圧 との関係を示す。 第 6 図は高温時における両者の関係を示す。 第 6 図におい て、 破線は、 演算器 1 7の出力すなわち V , + V 2 の値が 一定値 と な る制御のみを実行するが、 励磁電流 I e .xに も と づ く 温度補償は行なわない と き の出力電圧を示す。 ま た実 線は、 ォ一 卜 ゲ イ ン コ ン ト ロ ー ラ 1 8の出力すなわち励磁電 流 I e xに も とづ く 温度補償を も行な っ た と き の出力電圧を 示す。 V , + V 2 の値が一定値 とな る制御のみの場合は、 常温時に比べて線の傾斜か急にな っ て感度が高めに移行 し 感度の変動に よ る誤差が生 じている が、 励磁電流 I exに も とづ く 温度補償を も行な っ た と き には、 常温時 と ほぼ同一 の傾斜 と な っ てほぼ同一の感度特性が達成さ れてい る。 詳 細に は、 V , + V 2 の値が一定値 と な る制御のみの場合 は、 温度変化に よ る ト ル ク 検出感 ¾の変動は + 1000ppm/oC 程度であ り 、 こ れは検出部が 100 °C温度変化 した と き に測 定誤差が 10 %生 じ る こ と に相当する。 こ れ に対 し励磁電流 I exの検出に も とづ く 温度補償を も行な っ た と き には、 感 度の変動をたかだか ± 20〜 30ppm/°C程度に改善する こ とか でき る。
    [0030] 比較器 23か らの補正用信号電圧 V sは、 零点の出力を補 正する ために も利用 さ れる。 こ の補正のための信号電圧 V sと、 上述の よ う に して感度補正が達成さ れたオー ト ゲイ ン コ ン ト ロ ー ラ 18か らの出力電圧 と は、 と も に演算器 19に 入力 さ れる。 演算器 19では こ れ ら両電圧が加減算さ れる が . 検出部の温度が変動 した と き の零点出力の増加 ま たは減少 するする度合をあ らか じめ測定 してお き、 かつそれに応 じ た回路定数 （補正係数） を決定 してお く こ とで、 こ の演算 器 19か ら は、 零点出力の変動に よ る誤差が補償さ れた信号 が出力 さ れる。
    [0031] 第 7 図は、 検出部の温度変化に と も な っ て差動検出器 12 か らの温度補償基準電圧 V t が変動 した と き の、 補正用信 号電圧 V sの変化の様子を示す。 グラ フ の傾き の角度は零 点出力 の変動の度合に応 じて変化 し、 その傾き の方向 も、 図示の よ う な右下が り の場合のほかに、 右上が り の場合 も あ る。 第 8 図は、 高温時における ト ル ク と出力電圧 と の関 係を示す。 実線は演算器 19の出力すなわち励磁電流 I exに も とづ く 温度補償を行な っ た と き の出力電圧を示 し、 破線 は こ の温度補償を行なわなか っ た と き の出力電圧を示す。 温度補償を行な う こ と に よ り 、 零点出力の変動に も とづ く 誤差 E が解消する様子が説明 さ れている。 詳細には、 検出 部の温度変化に よ る零点出力の変動は ± 500 ppm/°C程度存 在 し、 こ れは検出部が 100 °C温度変化 した と き に印加 ト ル ク がな く て も フ ルスケールの ± 5 %の出力信号が生 じ る こ とをを意味する。 こ れに対 し励磁電流 l exに も とづ く 温度 補償を行な っ た と き には、 零点出力の変動をたかだか土 20 〜 30ppm/°C程度に改善する こ とができ る。
    [0032] 第 9 図は、 常温時 （検出部温度 25°C ) の ト ル ク と出力電 圧 との関係の実測値を示す。 第 10図は、 高温時 （検出部温 度 125 V ) において感度 と零点 との温度補償を行な っ た と き の ト ル ク と 出力電圧と の関係の実測値を、 温度補償が不 十分な場合の実測値 と と も に示す。 こ の第 10図において、
    [0033] 「感度お よ び零点補正あ り 」 の グラ フ は第 1 図における 出 力端子 21に現れる 出力をプロ ッ ト した も のであ る。 同様に 「感度補正のみあ り 」 の グラ フ はオー ト ゲイ ン コ ン ト ロ ー ラ 18の出力を、 ま た 「補正な し」 の グラ フ は演算器 17の出 力を、 それぞれプロ ッ 卜 した も のであ る。
    [0034] 第 11図は、 本発明の第二の実施例を示す。 こ こ では、 第 1 図にお ける 演算器 19が省略さ れている。 こ の よ う な構成 に よ る と、 感度の温度補償のみが行なわれ、 零点の温度補 償は行なわれない。 したがっ て、 こ の第 1 1図の回路は、 温 度変化に と も な う 感度の変動は問題にな るが、 零点の変動 は無視でき る程度に小さ い と い う 特性を有す る ト ル ク 測定 装置に対 し好適であ る。
    [0035] 第 1 2図は、 本発明の第三の実施例を示す。 こ こ では第 1 図にお ける ォー ト ゲイ ン コ ン ト ロ ー ラ 1 8が省略 さ れてお り 零点の温度補償のみが行なわれ、 感度の温度補償は行なわ れない。 したが っ て、 こ の第 1 2図の回路は、 第 1 1図の回路 と は逆に、 温度変化に と も な う 零点の変動は問題にな る が . 感度の変動は無視でき る程度に小さ い と い う 特性を有する 卜 ル ク 測定装置に対 し好適であ る。
    [0036] 第 1 3図は、 本発明の第四の実施例を示す。 こ れは、 第 1 1 図の実施例に変更を加えた も のであ る。 第 1 1図の回路では、 比較器 23に よ っ て差動検出器 1 2か らの温度補償基準電圧 V t と定電圧発生器 24か らの基準電圧 V r e f とが比較さ れて いる 力 こ の第 1 3図の回路では、 検出抵抗 9 に よ っ て検知 さ れた励磁電流 l e xと、 演算器 25の出力 とが、 比較器 23に よ っ て比較さ れてい る。 し力、 し、 両回路 と も 、 演算器 25の 出力側に現れる検出電圧の和 V , + V 2 の値を定電圧発 生器 24か らの基準電圧 V r e f と比較 して、 こ の和 V , +
    [0037] V 2 の値が一定にな る よ う に フ ィ ー ドバ ッ ク 制御 してい る 点において一致 してい る。 したがっ て、 比較器 23の入力 と して、 の フ ィ ッ ク ループのいずれの部分力、 らの信 号を利用するか と い う こ と は、 単な る設計事項に過 ぎず、 こ れ ら第 1 1図の回路 と第 1 3図の回路 とでは実質的な差はな い。 第 13図の回路では、 オー ト ゲイ ン コ ン ト ロ ー ラ 18は抵 抗 27と F E T 28とで構成さ れている。
    [0038] 第 14図は、 本発明の第五の実施例を示す。 上述の各実施 例では、 検出電圧の和 V , + V 2 を基準電圧 V ref と比 較 して、 こ の和 V , + V 2 の値が一定にな る よ う に フ ィ — ドバ ッ ク制御 しているが、 こ の第 14図の回路では、 励磁 コ イ ル 6 の励磁電圧 V exの値が一定にな る よ う に制御 して いる o
    [0039] 第 14図において、 29は励磁コ イ ル 6 の両端における励磁 電圧 V exの検出部で、 そ の検出信号は比較器 26に入力 さ れ て定電圧発生器 24か らの基準電圧 V ref と比較さ れる。 比 較結果に よ り 、 励磁電圧 V exが一定値 とな る よ う にオー ト ゲイ ン コ ン ト ロ ー ラ 8 の増幅率が調整される。 こ の よ う に 励磁コ イ ル 6 の励磁電圧 V exが一定値とな る よ う に制御す る場合において も、 検出電圧の和 V ， + V 2 を制御する 場合 と同様に、 感度、 零点の補償が可能であ る。
    [0040] 第 15図お よ び第 16図は、 本発明に も とづ く 温度補償装置 を差動 卜 ラ ン スへ応用 した例を示す。 図示の よ う に、 差動 ト ラ ン ス 31において も、 ト ル ク 測定装置 と同様の励磁コ ィ ル 6 と一対の検出 コ ィ ノレ 4 、 5 とが一般的に設け られる。 したが って、 ト ル ク 測定装置の場合 と全 く 同一の回路構成 に よ っ て、 こ の差動 ト ラ ン ス 31が高温条件下で使用 さ れる と き の検出出力の感度お よ び零点の温度補正が可能であ る 第 15図は、 第 1 図の場合 と同様に、 検出電 Eの和 V , + V 2 の値が一定にな る よ う に制御する ための回路を示す。 第 16図は、 第 14図の場合 と同様に、 励磁コ イ ル 6 の励磁電 圧 V exの値が一定にな る よ う に制御す る ための回路を示す こ の よ う に検出出力が温度補償さ れた差動 ト ラ ン ス 31は、 変位検出器、 磁気増幅器な ど と して利用でき る。
    权利要求:
    Claims

    請 求 の 範 囲
    . ト ル ク 伝達軸の外周 に一対の磁気異方性部を形成 し、 こ の軸に ト ル ク が印加 さ れた と き の各磁気異方性部の透 磁率の変化を、 前記磁気異方性部の近傍に配置さ れた一 対の検出 コ イ ルで検出 し、 両検出信号の差か ら、 軸に作 用する ト ル ク の大き さ を電気信号に変換する よ う に した ト ル ク 測定装置における温度補償装置であ り 、 前記検出 コ イ ルを励磁する ための励磁コ イ ルを有 した ものにおい て、
    励磁コ イ ルの励磁電流を検出する こ と に よ っ て ト ル ク 検出部の温度を検出する手段 と、
    こ の温度検出手段に よ る検出結果に も とづいて前記 ト ル ク の大き さ についての電気信号を温度補償する手段 と を有する こ とを特徴 とする。
    . 請求項 1 記載の ト ル ク 測定装置における温度補償装置 であ っ て、 検出 コ イ ルの検出信号の和が一定値 とな る よ う に励磁コ イ ルの励磁電流を制御する手段 と、 励磁コ ィ ルの励磁電圧が一定値 とな る よ う にその励磁電流を制御 する手段 とのいずれか一方を有する。
    . 請求項 2 記載の ト ル ク 測定装置における温度補償装置 であ っ て、 温度補償手段は、 ト ル ク信号の感度を補償す る手段 と、 ト ル ク信号の零点を補償する手段 との少な く と も いずれか一方を有する。
    . 請求項 3 記載の ト ル ク 測定装置における温度補償装置 であ っ て、 ト 儿 ク 信号の感度を補償する手段は、 ト ル ク 信号を増幅する手段 と、 検出 さ れた励磁電流に応 じて ト ル ク 信号増幅手段の増幅率を調節する手段 と を有する。 . 請求項 4 記載の ト ル ク 測定装置における 温度補償装置 であ っ て、 励磁電流の検出値をそれに対応する温度補償 基準電圧に変換する手段 と、 こ の温度補償基準電圧を一 定値の基準電圧 と比較 し、 比較結果に も とづいて ト ル ク 信号増幅手段の増幅率を調節する手段 と を有する。
    . 請求項 3 記載の ト ル ク 測定装置にお ける 温度補償装置 であ っ て、 ト ル ク 信号の零点を補償する手段は、 励磁電 流の検出値をそれに対応する温度補正信号に変換する手 段と、 ト ル ク 信号と前記温度補正信号 とを加算する手段 とを有する。
    . 請求項 1 か ら 6 ま でのいずれか 1 項記載の温度補償装 置であ っ て、 前記 ト ル ク 測定装置に代えて、 励磁コ イ ル と一対の検出 コ イ ル とを備えた差動 ト ラ ン ス に適用 さ れ 。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    US5115193A|1992-05-19|Inductive linear displacement transducer and temperature-compensating signal processor
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JPH0739974B2|1995-05-01|
    JPH03183924A|1991-08-09|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1991-04-04| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): KR SU US |
    1991-04-04| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB IT LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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